Типы жидкокристаллических индикаторов

Жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) был создан на эффекте динамического рассеяния, являю­щемся токовым эффек­том.

Работа такого ин­дикатора иллюстриру­ется рис. 2.25. В ячей­ке, заполненной нематиком с отрицательной диэлектрической ани­зотропией, при планарной ориентации в от­сутствии или при малом напряжении на электродах вещество однородно и прозрачно (рис. 2.25,а).

При приложении к ячей­ке порогового напряжения, не зависящего от толщины слоя и слабо зависящего от температуры, возникает волнистая доменная структура - своеобразный рисунок, обусловленный упорядоченным изменением направления директора (рис. 2.31, б). При превышении порогового напряжения доменная струк­тура превращается в ячеистую (рис. 2.31, в). При напряжениях, значительно превышающих пороговое, в жидкости возникает вих­ревое движение. В результате возникновения вихрей жидкий кристалл полно­стью теряет оптическую однородность и рассеивает свет во всех направлениях. Этот электрооптический эффект и называется динамическим рассеянием.

В настоящее время наиболее распространены индикаторы, ис­пользующие полевой твист-эффект. Работа ячейки со скрещен­ными поляризатором Пи анализатором Апоказана на рис. 2.26. В отсутствие напряжения молекулы в ней закручены приблизи­тельно на 90° благодаря ориентирующему действию подложек (рис. 2.26, а). В этом случае свет, падающий на ячейку сверху, поляризуется таким образом, что его вектор поля­ризации совпадает с направ­лением директора D у верхней подложки. При прохождении сквозь слой жидкокристаллического вещества плоскость поляризации света вращается и при попадании в нижнюю подложку оказыва­ется перпендикулярной пло­скости чертежа. В результате свет свободно выходит через анализатор и попадает к на­блюдателю.

При наложении на ячейку напряжения, создающего поле значительно выше порогового, вещество с положительной диэлектрической анизотропией стре­мится повернуться по электрическому полю и его директор D при­обретает вертикальное направление (рис. 2.26, б). Теперь уже жидкокристаллическая ячейка не вращает плоскость поляризации, а анализатор не про­пускает свет.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) на твист-эффекте имеют преимущества по сравнению с индикаторами на эффекте динамического рассеяния, в несколько раз меньшие рабочие напряжения (3-10 вместо 15-40 В), большую долговечность, обусловленную меньшими ра­бочими токами (плотность тока 1-3 мкА/см 2 вместо 10 мА/см 2).

К недостаткам жидкокристаллических индикаторов на твист-эффекте относится меньший, чем у индикаторов на эффекте динамического рассеяния, угол обзора, что связано с узкой диаграммой направленности света при твист-эффекте и влиянием поляризаторов. Путем повы­шения управляющего напряжения до 5-6 В этот угол можно уве­личить до ±45° для управления постоянным напряжением, однако при использовании импульсных напряжений угол обзора заметно снижается. Еще одним существенным недостатком твист-индика­торов является необходимость использования поляризаторов, что приводит к потерям свыше 50 % света, повышает стоимость инди­катора и уменьшает его долговечность.

Индикаторы без поляризаторов могут быть созданы на основе эффекта «гость - хозяин», который иллюстрируется рис. 2.27. Стержневидные дихроические молекулы красителя (гость), кото­рые введены в ЖК-вещество, стремятся ориентироваться парал­лельно осям его молекул. Так как молекулы красителя поглоща­ют свет с поляризацией вдоль длинной оси молекул и пропускают свет с перпендикулярной ориентацией, то, управляя ориентацией ЖК, можно регулировать прохождение света.

В качестве основного электрооптического эффекта в таком жидком кристалле можно использовать переход из холестерического в нематическое состояние. Для начального холестерического состояния вещество имеет спиральную структуру и свет с любым направлением поляризации поглощается (рис. 2.27, а). При наложении доста­точно сильного электрического поля жидкокристаллическое вещество переходит в нематическое гомеотропное состояние, в котором все мо­лекулы красителя ориентиро­ваны вертикально, а падающий на ячейку свет свободно про­ходит сквозь нее (рис. 2.27, б). Описанная система перспек­тивна, так как позволяет по­лучить почти черное позитив­ное изображение на белом фоне при высокой яркости и до­статочно широком угле обзора.

Создание матричных жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ) с информационной ем­костью, достаточной для построения графических СОИ или теле­визионных экранов, затруднено тем, что ЭО в них реагируют на действующее значение приложенного напряжения. Отношение этих значений напряжения на включенном и выключенном ЭО с ростом числа строк, по которым производится развертка, падает. В связи с этим жидкокристаллические экраны строят, используя комбинирован­ную термическую и электрическую матричную адресации или вво­дя в каждый ЭО интегрированные схемные элементы, обеспечи­вающие переход от матричной адресации к однокоординатной.

Схема фазовых переходов, происходящих в жидкокристалли­ческом веществе при комбинированном тепловом и электрическом воздействиях, показана на рис. 2.28. При повышении температуры, происходящем в результате нагрева строки матричного экрана, ве­щество переходит из упорядоченного смектического состояния в беспорядочное изотропное (стрелка 3). При охлаждении харак­тер фазового перехода зависит от того, наложено ли на жидкий кристалл электрическое поле или нет. Без электрического поля вещество переходит в смектическую фазу, для которой характер­ны макронеоднородности, вызывающие сильное рассеяние света (стрелка 1). Когда охлаждение ведется в электрическом поле, то в промежуточном нематическом состоянии происходит ориентация молекул по полю (стрелка 2).В конечной смектической фазе воз­никает упорядоченная ориентация и вещество оказывается опти­чески прозрачным.

В матричном индикаторе строчные электроды выполняются как омически нагреваемые резистивные полоски, а столбцы - как прозрачные полоски. Развертка изображения ведется по строкам, а на столбцы подаются информационные импульсы. Время ввода информации в одну строку равно 50 мкс, так как количество на­греваемого жидкокристаллического вещества и его тепловая инерция невелики. После охлаждения состояние вещества (прозрачное или рассеивающее свет) сохраняется, т. е. индикатор запоминает информацию.

Для работы жидкокристаллического индикатора важное значение имеет способ его подсветки. В твист-индикаторах применяют три системы под­светки: отражательную, просветную и отражательно-просветную.

В отражательной системе подсветки (рис. 2.29) внешний свет в жидкокристаллическую ячейку попа­дает только после прохождения левого поляризатора ЛП. Если на сегменты ячейки СЯне подано напряжение, свет после пово­рота вектора поляризации на 90° проходит через правый поляри­затор ПП и отражается рефлектором Р(рис. 2.29, а). При обрат­ном проходе свет снова поворачивается на 90° в слое жидкокристаллического вещества и свободно выходит наружу. Около тех сегментов индикатора, на которые подано напряжение, жидкокристаллическое вещество не способно вра­щать вектор поляризации, вследствие чего лучи света задержива­ются правым поляризатором (рис. 2.29, б). В таком индикаторе видны темные сегменты на светлом фоне.

Рис 2.36. Отражательная ЖК-ячейка на твист-эффекте: а - без напряжения; б – под напряжением

В просветной системе источник света располагается позади одного из поляризаторов. В качестве источника можно использовать миниа­тюрную лампу накаливания с диффузором или люминесцентный источник.

Просветно-отражательная система,в которой отражатель час­тично пропускает свет, идущий сзади, а частично отражает свет, падающий спереди, является наиболее универсальной.

Отражательные индикаторы применяются при достаточной, а просветные - при низкой освещенности окружающей среды.

Б. Характеристики жидкокристаллических индикаторов

Так как жидкокристаллические индикаторы отно­сятся к классу пассивных, то основным их оптическим параметром является не яркость, а контрастность (для просветных индикато­ров вместо контрастности часто пользуются коэффициентом про­пускания, который определяют как отношение интенсивностей выходящего света к падающему).

Вольтконтрастная характеристика жидкокристаллического ин­дикатора зависит не от амплитудного, а от действующего значения приложенного напряжения. Типичные вольтконтрастные характеристики твист-индикатора для углов наблюдения 0 и 45° показаны на рис. 2.30. Для пара­метрического задания кривой можно взять напряжения, соответ­ствующие 5, 10, 50 и 90 % контраста, обозначая их U 5 , U 10 , U 50 , U 90 .

Динамические параметры жидкокристаллических индикаторов определяются вре­менами реакции τ рк и релаксации τ рл. Кривая изменения конт­раста при наложении импульса на­пряжения имеет следующие участки: задержку включения, время нараста­ния (в сумме они равны времени ре­акции), задержку выключения (обыч­но очень малую) и время спада (две последние составляющие в сумме дают время релаксации).

Температурный диапазон работы жидкокристаллического индикатора часто ограничивается τ рк и τ рл, типичные значения которых составляют десятки миллисекунд при комнатной температуре и существенно возрастают при ее снижении. Времена τ рк, τ рл пропорциональны вязкости жидкокристаллического вещества, которая зависит от температуры как

η в = η в0 exp[ε a /(kT) ], (2.33)

где энергия активации ε а лежит в диапазоне (5-8)×10 - 20 Дж. Формула (2.33) показывает, что изменение температуры с 250 до 300 К меняет η в в 10-50 раз. Поэтому, даже если при снижении температуры рабочее вещество остается в жидком состоянии, ин­дикатор может оказаться неработоспособным из-за плохих дина­мических параметров. Приборы, рассчитанные на работу при низ­ких температурах окружающей среды, должны быть заполнены смесью ЖК-веществ, имеющей при этой температуре малую вяз­кость.

Таблица 2.8

Для повышения срока службы жидкокристаллических индикаторов их питают пе­ременным напряжением, исключая этим направленный характер электрохимических процессов. Чтобы даже небольшая составляю­щая постоянного напряжения не попадала на ЖК, используют ту же тонкую пленку SiO 2 , что и для пассивации.

Рисунок 1

В отличие от рассмотренных ранее индикаторов, ЖК-индикаторы являются пассивными. Различают два режима работы:

• На отражение;
• На пропускание.

Характерные отличия: текучесть, аморфная упорядоченная структура. Открыты в 1888 г., первые индикаторы - 1960 г.

Схематично ЖК-индикатор изображен на Рис.1:

Классификация:

• Нематики (электрические св-ва);
• Холестерики (температурные св-ва).

Режимы работы

Работающие на отражение

Рисунок 2

Верхний электрод выпаян в форме изображаемого предмета. Свет проходит через вертикальную полость, далее - через стекло - плоскость полости меняется, отражается о нижнюю поверхность (также смена плоскостей поляризации) и свет далее выходит, следовательно, пластина прозрачна для света. При повороте молекулы на 90 градусов сохраняется вертикальная плоскость поляризации, "отсекается" луч нижней поляризации, следовательно видно черную точку. При возбуждении молекулы регулируется поляризация поворота, от чего изменяется градация серого света (отражаться будет только часть светового луча).

Возбуждение

• Волной (частотный метод) - постоянное поддержание нужной структуры.
- постепенное разрушение структуры, следовательно нужна релаксация, иначе состояние вырождается.

Работающие на пропускание

Для индикаторов, работающих на просвет, убирается отражатель, из-за чего поляризаторы параллельно ориентированы. Также добавляется лампочка внизу. Тогда свет проходит свободно, если кристалл не возбужден; поляризаторы не скрещены. Если поляризаторы скрещены, то на темном фоне светятся белые линии.

Плотность поляризаторов зависит от того, как вырезается поляризатор. Т.о. цена изготовления не изменяется.

Рисунок 3

Классификация

Холестерики

Набор молекул, закрученных по спирали (множество молекул). Под действием температуры меняется ориентированность молекул спирали, следовательно, действует как дифракционная решетка, под действием температуры меняются цвета, реакция вплоть до 0.1 градуса. ЖК индикаторы пассивны, следовательно необходим внешний источник излучения

Нематики

Под действием переменного электрического поля перестраиваются молекулы. Электрооптические эффекты:

• динамическое рассеивание
• твист-эффект
• эффект гость-хозяин

Динамическое рассеивание

Конструкция элементарной ячейки ЖК-индикатора проста и содержит две стеклянные пластины, имеющие на внутренней стороне прозрачное проводящее покрытие. Между пластинами залит ЖК. Толщина ЖК лежит в пределах от 6 до 25 мкм. Такая конструкция по сути представляет собой плоский конденсатор. При отсутствии напряжения на ячейке ЖК-вещество однородно и прозрачно. При приложении к ячейке порогового напряжения возникает волнистая доменная структура. При превышении порогового напряжения доменная структура превращается в ячеистую, затем в жидкости возникает вихревое движение. ЖК теряет оптическую однородность и рассеивает свет во всех направлениях. Этот эффект называют динамическим рассеиванием.

Твист-эффект

В отсутствие напряжения питания на ячейке молекулы ЖК закручены приблизительно на 90° благодаря ориентирующему действию подложек П и А. Поляризатор - это оптический элемент, пропускающий свет, поляризованный в одном направлении, и гасящий свет, поляризованный в противоположном направлении, в зависимости от ориентации поляризатора. Если оси второго поляризатора, называемого анализатором, параллельны осям первого, то свет проходит через второй поляризатор; если же оси анализатора перпендикулярны, излучение гасится.

Свет, падающий сверху, поляризуется таким образом, что его вектор поляризации совпадает с направлением директора D у верхней подложки. При прохождении через ЖК плоскость поляризации света вращается (как директор у молекул ЖК) и свет проходит через анализатор. При питании ячейки напряжением выше порогового, вектор поляризации ЖК приобретает вертикальное направление и ЖК не вращают плоскость поляризации, а анализатор не пропускает свет.

Эффект гость-хозяин

Индикаторы без поляризаторов могут быть созданы на основе эффекта «гость-хозяин». Стержневидные молекулы красителя (гость) вводятся в ЖК (хозяин). Молекулы красителя стремятся ориентироваться параллельно осям молекул ЖК. В начальном состоянии, при нулевом напряжении на ЖК-ячейке, свет с любым направлением поляризации поглощается (рис. 5.4, а). При наложении достаточно сильного электрического поля ЖК-вещество переходит в состояние, в котором все молекулы красителя ориентированы вертикально, а падающий на ячейку свет свободно проходит сквозь нее.

Описанная система перспективна, так как позволяет получить почти черное позитивное изображение на белом фоне при высокой яркости и достаточно широком угле обзора. Контраст у индикаторов на эффекте «гость-хозяин» несколько хуже вследствие поглощения света красителем.

Примеры

TFT технология

Скорость обновления - скорость занесения информации в ячейку (а не изменения состояния вещества). Тонкоплёночный транзистор (TFT, англ. thin-film transistor) - разновидность полевого транзистора, при которой как металлические контакты, так и полупроводниковый канал проводимости изготавливаются в виде тонких плёнок (от 1/10 до 1/100 микрона). Изобретение датируется 1959 годом.

Применяются, например, в ЖК-мониторах как элементы управления активной матрицей на жидких кристаллах. Однако сами тонкоплёночные транзисторы, как правило, не являются достаточно прозрачными.

Недостаток - углы обзора

TN+film (Twisted Nematic + film)

TN + film - самая простая технология. Часть film в названии технологии означает дополнительный слой, применяемый для увеличения угла обзора (ориентировочно - от 90° до 150°). В настоящее время приставку film часто опускают, называя такие матрицы просто TN. К сожалению, способа улучшения контрастности и времени отклика для панелей TN пока не нашли, причём время отклика у данного типа матриц является на настоящий момент одним из лучших, а вот уровень контрастности - нет.

Матрица TN + film работает следующим образом: если к субпикселям не прилагается напряжение, жидкие кристаллы (и поляризованный свет, который они пропускают) поворачиваются друг относительно друга на 90° в горизонтальной плоскости в пространстве между двумя пластинами. И так как направление поляризации фильтра на второй пластине составляет угол в 90° с направлением поляризации фильтра на первой пластине, свет проходит через него. Если красные, зеленые и синие субпиксели полностью освещены, на экране образуется белая точка.

К достоинствам технологии можно отнести самое маленькое время отклика среди современных матриц, а также невысокую себестоимость.

Недостатки : худшая цветопередача, наименьшие углы обзора.

IPS технология

Молекула - в виде спирали. Можно получить структуру, имеющую определенную ориентацию и очень высокую плотность. Технология используется с двумя скрещенными поляризаторами, следовательно экран черный. Однако, яркость, по сравнению с TFT, ниже. Углы обзора - 174-176 градусов.

MVA/PVA

Матрицы MVA/PVA считаются компромиссом между TN и IPS, как по стоимости, так и по потребительским качествам. MVA (Multi-domain Vertical Alignment). Эта технология разработана компанией Fujitsu как компромисс между TN и IPS технологиями. Горизонтальные и вертикальные углы обзора для матриц MVA составляют 160° (на современных моделях мониторов до 176-178°), при этом благодаря использованию технологий ускорения (RTC) эти матрицы не сильно отстают от TN+Film по времени отклика, но значительно превышают характеристики последних по глубине цветов и точности их воспроизведения.

ИЖЦ71-5/7; ИЖЦ72-5/7

Цифровые пятиразрядные индикаторы ИЖЦ71 -5/7 и ИЖЦ72-5/7 с децимальной точкой в каждом разряде и встроенным микросхемным блоком управления предназначены для отображения цифровой информации в аппаратуре, устанавливаемой вне помещения (счетчики газа, жидкого топлива, электроэнергии, уличные термометры и т. п.).

Конструктивно индикатор представляет собой в общем виде две плоские тонкие стеклянные пластины, герметично склеенные по периметру с малым зазором, заполненным холодоустойчивым жидкокристаллическим веществом.

Работа индикатора основана на твист-эффекте в жидких кристаллах, для чего в конструкции предусмотрены два поляроида - две тонкие пленки, обладающие свойством поляризации проходящего через них света. Твист-эффект - это явление вращения плоскости поляризации поляризованного света тонким (около 20 мкм) слоем жидких кристаллов, исчезающее при действии на этот слой электрического поля. Плоскости поляризации света, обеспечиваемой каждым из поляроидов, взаимно перпендикулярны (их называют скрещенными).

Вообще говоря, система из скрещенных поляроидов света не пропускает, но если между ними разместить слой жидких кристаллов, в свою очередь, вращающий на 90 град, плоскость поляризации света, система становится прозрачной. Под действием электрического поля на какой-либо участок слоя жидких кристаллов они теряют способность вращать плоскость поляризации света и пропускание света прекращается. Зрительно это воспринимается как появление на светлом фоне темного, непрозрачного участка.

Электрическое поле должно быть знакопеременным, в противном случае в слое жидких кристаллов возникает электролитический процесс, приводящий к резкому сокращению срока их службы.

Индикатор ИЖЦ71-5/7 рассчитан для работы на отраженном свете, для чего на тыльную сторону прибора нанесено зеркальное покрытие. Индикатор ИЖЦ72-5/7 - полупрозрачный и работает на просвет, однако его можно перевести в отражательный режим, если установить позади прибора вплотную к нему зеркальную пластину.

Прибор снабжен двадцатью жесткими лужеными выводами квадратного сечения для подачи внешних сигналов. Внешний вид индикатора представлен на рис. 1. Масса прибора - не более 60 г.

Цоколевка индикатора представлена в табл.1.

Блок управления индикатора построен на основе бескорпусной сорокаканальной микросхемы КБ1835ИД1-4 структуры КМОП.

Как было указано, в индикаторе применено холодоустойчивое жидкокристаллическое вещество, допускающее нормальную работу прибора вплоть до температуры -30°С. При температуре ниже -30°С время смены информации на табло заметно увеличивается.

Необходимое быстродействие индикатора при температуре в пределах -30...-40°С обеспечивает специальный подогреватель, питающийся током. Это устройство выполнено на основе металлокерамики, имеет собственные выводы и поставляется отдельно от индикатора.

Для того чтобы предохранить поляроид индикатора, размещенный на его лицевой стороне, от повреждений при хранении и монтаже, табло на заводе-изготовителе прикрывают защитной пленкой. Перед началом эксплуатации прибора защитную пленку следует удалить.

Первые три буквы наименования индикатора означают Индикатор Жидкокристальный Цифровой, число 71 - порядковый номер разработки, цифра 5 - число разрядов, а 7 - число элементов изображения в разряде.

• Потребляемый ток, мА, не более, при напряжении питания 5 В, частоте перезаписывания 100 Гц и частоте смены полярности возбуждения 100 Гц......0,2
• Входное напряжение информационных сигналов в состоянии высокого уровня......4,5...5
• низкого уровня......0...0,5
• Входной ток цепей логических сигналов, мкА, не более......5
• Время реакции, мс, не более......150
• Время релаксации, мс, не более......150

• Напряжение питания логических цепей, В......4,5...5,5
• Рабочий температурный интервал, °С без подогревателя... -30...+65
• с подогревателем.....-40...+65
• Основные технические характеристики подогревателя
• Сопротивление элемента, Ом......100...160
• Мощность, потребляемая подогревателем при выходе на установившийся режим, Вт, не более......6
• Мощность, потребляемая подогревателем в установившемся режиме, Вт, не более......3
• Максимально допустимая температура элемента, °С.....+70

Внешнюю информацию индикатор принимает по восьмиразрядной линии DO - D7 по тактирующему сигналу CWR. После введения информации о всех элементах изображения во входной регистр блока управления (в течение пяти тактовых импульсов записи байта) на вход "Перезаписывание" поступает импульс WR, обеспечивающий перезаписывание информации из входного регистра в регистр хранения. Временные диаграммы, иллюстрирующие работу блока управления, представлены на рис. 2.

Из регистра хранения информация поступает в выходные формирователи, отвечающие за включенное или выключенное состояние элементов первого кадра в соответствии с принятой внешней информацией.

Новая информация второго кадра проходит тот же путь и поступает на табло. Таким образом, можно сказать, что блок управления имеет память на две страницы - одна хранит информацию о принятом кадре, а другая в это время записывает информацию о следующем кадре.

Формирование знакопеременного (без постоянной составляющей) возбуждающего индикатор напряжения происходит по сигналам COSL.

Функция "Инверсия выходной информации" предоставляет пользователю возможность подачи на индикатор информации как в прямом виде (когда высокому уровню на информационном входе соответствует включенный элемент табло), так и в инверсном (когда элемент табло включается низким входным уровнем). Прямое введение соответствует низкому уровню на входе Iп, а инверсное - высокому.

"Выход эстафетного сигнала" при использовании одиночного индикатора оставляют свободным. Если же необходимо наращивание числа разрядов индикации, рядом устанавливают второй такой же индикатор, а выв. 20 первого соединяют с внешним управляющим блоком.

Для индикаторов этого и других типов, способных работать в проходящем свете, выпускают специальные модули подсветки с лампами накаливания.

Жидкокристаллические индикаторы всех типов следует предохранять от длительного воздействия прямых солнечных лучей - это может привести к необратимой деструкции жидких кристаллов. По этой же причине следует оберегать индикаторы от статического электричества и перегревания при пайке.

ИЖЦ35-6/7

Шестиразрядные цифровые индикаторы ИЖЦ35-6/7 предназначены для отображения выходной информации в карманной электронной аппаратуре медицинского назначения с автономным питанием. Кроме шести цифровых разрядов, на табло размещены шесть мнемонических элементов. Работа индикатора основана на твист-эффекте. Прибор рассчитан на работу в отраженном свете; цвет изображения - черный, фон - светлосерый. Режим управления - статический.

Корпус - стеклянный, плоский (рис. 3). Выводы представляют собой прозрачные (на рисунке условно показаны черными) проводящие полосы - площадки, напыленные на стекло корпуса с лицевой стороны. Подключение индикатора к цепям устройств выполняют с помощью двух контактных резиновых гребенок, составленных из чередующихся проводящих и непроводящих участков.

Контактные площадки (их общее число - 52) размещены в два ряда, по одному на каждой длинной стороне корпуса. Если смотреть на табло прибора спереди (выступ-ключ на корпусе должен быть слева), то нижний ряд будет первым, верхний - вторым. Нумерация выводов в первом ряду (с 1 -го по 26-й) идет слева направо, а во втором (с 27-го по 52-й) - справа налево.

Цоколевка индикатора ИЖЦ35-6/7 (нумерация разрядов на табло увеличивается слева направо): выв. выв.

• 1 - общий; выв.
• 2 - элемент g разряда 1;
• выв. 3 - е1;
• выв. 4 - d1;
• выв. 5 - с1;
• выв. 6 - g2;
• выв. 7 - е2;
• выв. 8 - d2;
• выв. 9 - с2;
• выв. 10 - децимальная
• точка разряда 2;
• выв. 11 - g3;
• выв. 12 - еЗ;
• выв. 13 -d3
• выв. 14 - сЗ;
• выв. 15 -g4;
• выв. 16 -е4
• выв. 17 - d4;
• выв. 18 - с4;
• выв. 19 - g5
• выв. 20 - е5;
• выв. 21 - d5;
• выв. 22 - с5
• выв. 23 - g6;
• выв. 24 - е6;
• выв. 25 - d6
• выв. 26 - с6; выв.27 - b6;
• выв. 28 - а6
• выв. 29 - f6;
• выв. 30 - Д;
• выв. 31 - Е
• выв. 32 - b5;
• выв. 33 - а5;
• выв. 34 - f5
• выв. 35 - Г;
• выв. 36 - 3;
• выв. 37 - b4
• выв. 38 - а4;
• выв. 39 - f4;
• выв. 40 - bЗ
• выв. 41 - В;
• выв. 42 - аЗ;
• выв. 43 - f3
• выв. 44 - Ж;
• выв. 45 - b2;
• выв. 46 - Б
• выв. 47 - а2;
• выв. 48 - f2;
• выв. 49 - b1
• выв. 50 - А;
• выв. 51 - а1;
• выв. 52 - f 1.

Масса индикатора - не более 2 г.

Основные технические характеристики индикатора при Токр.ср = 25°С

• Собственный яркостный контраст, %, не менее......83,3
• Потребляемый ток, мкА, не более......2,5
• Номинальное напряжение управления, В......2,8
• Номинальная рабочая частота управляющего напряжения, Гц. .32
• Время релаксации, мс,не более......300
• Угол обзора, град......45
• Срок сохраняемости, лет, не менее......6

Предельные эксплуатационные значения

• Напряжение управления, В....2,6...3,1
• Рабочая частота управляющего напряжения, Гц......30...64
• Рабочий температурный интервал,°С......-1...+55

Основной параметр всех жидкокристаллических индикаторов, отражающий качество их работы, - контраст знака по отношению к фону. Контраст К определяют как отношение значений интенсивности света, выходящего из индикатора, в исходном и возбужденном состояниях. Этот параметр измеряют с помощью специальной оптической установки, основой которой служит микроскоп с встроенным фотоэлектронным умножителем тока на выходе.

Контраст вычисляют в процентах по формуле: К = (IФ - I3) 100/ Iф, где Iф - ток фона - выходной фототок электронного умножителя при выключенном индикаторе; l3 - ток знака - выходной фототок умножителя при возбужденном номинальным управляющим напряжением индикаторе (если изображение знака темнее фона табло).

Контраст выражают иногда в относительных единицах; в этих случаях из указанной формулы выпадает сомножитель 100.

ИЖЦ4-12/7

Двенадцатираэрядные цифровые твистэффектные индикаторы ИЖЦ4-12/7 работают на отражение света и предназначены для отображения информации в многофункциональных телефонных аппаратах и таксофонах. Цвет изображения - черный, фон - светлосерый. Режим работы индикатора - мультиплексный.

Кроме цифровых разрядов, на табло прибора размещены в строку семь слов, управляемых каждое так же, как и отдельный элемент разряда.

Прибор способен нормально работать при низких значениях температуры окружающей среды - до -30°С. Это достигнуто применением морозостойкого жидкокристаллического материала.

Корпус индикатора - стеклянный плоский (рис. 4); выводы - жесткие, луженые. Масса - не более 80 г.

Если расположить прибор лицевой стороной к себе и выводами вниз, то крайним слева окажется выв. 1, а крайним справа - выв. 39. Нумерация разрядов на табло увеличивается слева направо.

Цоколевка индикатора представлена в табл. 2 (цифровые разряды) и табл. 3 (слова).

Основные технические характеристики при Токр.ср = 25°С

• Собственный яркостный контраст, отн. ед., не менее......0,9
• Потребляемый ток, мкА, не более......50
• Номинальное напряжение управления, В......3
• Номинальная рабочая частота управляющего напряжения, Гц......64
• Время реакции, мс, не более......200
• Время релаксации, мс, не более......200
• Минимальная наработка на отказ, ч......50 000
• Минимальный срок сохраняемости, лет......4
• Предельные эксплуатационные значения
• Напряжение управления, В... .2,5...3,5
• Рабочая частота управляющего напряжения, Гц......44...84
• Рабочий температурный интервал, °С......-30...+55

Как было указано, индикатор рассчитан на мультиплексный режим управления с тактовым соотношением 1:3. Это означает, что после каждого временного такта возбужденного состояния того или иного элемента изображения следуют три такта отсутствия управляющего напряжения. В результате инерционности жидкокристаллического вещества яркостный контраст за это время не успевает заметно измениться. Далее процесс повторяется с тем же тактовым соотношением.

ИЖВ74-160Х16; ИЖВ76-160Х16

Буквенно-цифровые матричные индикаторы ИЖВ74-160х 16 и ИЖВ76-160Х16 со встроенным блоком управления предназначены для отображения буквенной и цифровой информации в портативной измерительной и вычислительной аппаратуре. Индикаторы ИЖВ74-160Х16 работают на отражение света, а ИЖВ76-160Х16 - на просвет. В основе работы индикаторов лежит твист-эффект. Включенные элементы изображения выглядят черными на светло-сером фоне.

На табло прибора размещены две строки длиной 149,1 мм, состоящие из 32 знакомест в каждой. Знакоместо имеет матричную структуру из 7X5 элементов прямоугольной формы. Размеры элемента 0,8x0,6 мм, размеры знакоместа 6,2x3,4 мм. Под каждой из строк расположена так называемая курсорная строка, состоящая из одинарного ряда элементов тех же размеров. Эти строки позволяют формировать перемещающиеся метки-указатели того или иного знака в строке.

Корпус индикаторов - стеклянный плоский (рис. 5,а). Выводы для приема сигналов управления выполнены в виде печатных токопроводящих дорожек из фольги на двух тонких (толщиной около 0,1 мм) гибких лентах из полиимида. На одной ленте - 12 выводов (эта группа обозначена Х1), на другой - 21 (Х2). Шаг выводов - 1,25 мм; ширина выводов - 0,6 мм.

Выводы сформированы на крайнем обрезе полиимидных лент справа от корпуса (если смотреть на лицевую сторону индикатора). Форма лент такова, что снизу оказывается лента с выводами группы Х2, причем их проводящая сторона обращена назад, а сверху - лента с выводами группы Х1, обращенными вперед.

На рис. 5,6 показано крупно расположение элементов знакомест индикатора. Размеры индикационного поля - 149,1X16,1 мм. Масса индикатора - 100 г.

В наименовании прибора буква В обозначает в принятой системе буквенно-цифровую группу индикаторов, числа 74 или 76 - порядковые номера разработки, а 160 и 16 указывают на число столбцов и строк соответственно, образующих информационное поле индикатора. Каждый элемент изображения образуется на пересечении своих строки и столбца.

Цоколевка индикатора представлена в табл. 4.

Основные технические характеристики при Токр.ср = 25 °С

• Собственный яркостный контраст, отн. ед., не менее......0,75
• Входное напряжение низкого логического уровня, В......0...0.5
• Входное напряжение высокого логического уровня, В......4,5...5,5
• Время реакции, мс, не более......200
• Время релаксации, мс, не более......200

Предельные эксплуатационные значения

• Напряжение питания логического блока индикатора, В......4,5...5,5
• Тактовая частота управляющего логического блока, кГц......50...400
• Рабочий температурный интервал окружающей среды, °С......-1...+55
• Предельные значения температуры,°С......-45; +60

Встроенный логический блок управления строками и столбцами индикатора выполнен на бескорпусных микросхемах КБ1835ИД1-4 структуры КМОП. Каждая микросхема способна обслуживать 40 каналов (строк или столбцов). Временные диаграммы, иллюстрирующие работу блока, показаны на рис. 6.

Введение информации во входной регистр происходит параллельно-последовательно по входной восьмиразрядной линии D0 - D7 и тактируется сигналом CWR. За 20 тактов записывается входная информация о всех 160 элементах одной строки.

По фронту импульса WR входная информация параллельно переписывается из входного регистра в выходной. Этот же сигнал, поданный на узел управления строками, начинает сканировать следующую строку с ее начала. Процесс записи протекает слева направо вдоль по строке и сверху вниз по столбцам. Начальный бит D0 в каждом байте отображается слева.

Кадровую синхронизацию (установку начала развертки в левый верхний угол индикационного поля перед передачей кадра) обеспечивают импульсы SR, подаваемые на индикатор с внешнего блока управления. Формированием знакопеременного напряжения возбуждения индикатора управляет сигнал COSL

Кроме этого, на узел управления столбцами необходимо подать сигнал In. Если на входе In низкий уровень, то высокому уровню на входах D0 - D7 будут соответствовать включаемые элементы изображения, а низкому - не-включаемые. При высоком уровне на входе In, наоборот, высокому уровню на входах D0 - D7 соответствует невключение элементов, а низкому - включение. Для возбуждения элементов отображения используют шестиуровневый оптимизированный режим. Выходные цепи узла управления строками питаются по двум парам входов группы Х1 - U1, U2, U5, U6, а для узла управления столбцами - U1, U3, U4, U6 группы X2. Напряжение питания - от Uпит до -10 В. Эти сигналы формирует либо внешний блок управления, либо набор внешних резистивных делителей.

Принцип расчета значений U1 - U6 напряжения питания подробнее изложен ниже, при описании индикаторов ИЖГ96-240Х80 и ИЖГ97-240Х80.

ИЖГ96-240Х80; ИЖГ97-240Х80

Графические индикаторы ИЖГ96-240Х80 и ИЖГ97-240Х80 со встроенным блоком управления предназначены для отображения буквенной, цифровой и графической информации в портативной измерительной и вычислительной аппаратуре.

Индикатор ИЖГ96-240Х80 отражательный, а ИЖГ97-240Х80 - просветный. В основу работы приборов положен супертвист-эффект. Этим термином, бытующим в научно-технической литературе последние несколько лет, обозначают тот же твист-эффект, но реализованный в конструкциях более высоких технологий с более совершенными материалами. Супертвист-эффект обеспечивает более высокий контраст изображения и большее быстродействие.

Цвет включенных элементов на табло рассматриваемых приборов - темно-синий на светло-желто-зеленом фоне. Размеры индикационного табло - 131,9x43,9 мм.

Корпус - плоский стеклянный (рис. 7,а). Выводы выполнены в виде печатных фольговых дорожек на двух гибких лентах из полиимида. На одной ленте 12 выводов (группа Х1), на другой - 21 (Х2). Шаг выводов 1,25 мм, ширина выводов 0,6 мм.

Ленты выведены на правую сторону индикатора (если смотреть на лицевую сторону его табло), причем снизу находится лента с выводами группы Х2 проводящей стороной назад, а сверху - лента с группой Х1 проводящей стороной вперед.

На рис. 7,б показаны взаимное расположение и размеры элементов изображения на табло индикатора. Элементы изображения - точки квадратной формы - размещены на поле равномерно. Размеры одного элемента - 0,45x0,45 мм.

Масса индикатора - не более 80 г.

Буква Г в наименовании индикатора указывает на способ отображения информации - графический, числа 96 и 97 - порядковые номера разработки, а 240 и 80 - числа столбцов и строк соответственно, образующих информационное поле прибора.

По цоколевке индикаторы ИЖГ96-240Х80 и ИЖГ97-240х80 аналогичны ИЖВ74-160х16 и ИЖВ76-160Х16 (см. табл. 4).

Основные технические характеристики при Токр.ср=25°С

• Собственный яркостный контраст, отн. ед., не менее......0,8
• Ток, потребляемый логическим блоком управления, мА, не более......2
• Ток, потребляемый выходными цепями блока управления, мА, не более......2
• Входной ток информационных и логических входов, мкА, не более......20
• Номинальное напряжение питания управляющего логического блока, В......5
• Номинальная тактовая частота логической части управляющего блока, кГц......200
• Время реакции, мс, не более......500
• Время релаксации, мс, не более......500
• Минимальная наработка на отказ, ч......3000
• Минимальный срок сохраняемости, лет......4

Предельные эксплуатационные значения

• Напряжение питания управляющего логического блока, В......4,5...5,5
• Входное напряжение низкого логического уровня, В......0..0,5
• Входное напряжение высокого логического уровня, В......4...5,5
• Тактовая частота, кГц......120.. .400
• Минимальная кадровая частота, Гц......50
• Частота смены полярности напряжения возбуждения, Гц......100...500
• Рабочий температурный интервал, °С......-1...+55
• Предельные значения температуры окружающей среды, °С.......-45; +60

Встроенный логический блок управления строками и столбцами выполнен на бескорпусных микросхемах КБ1835ИД1-4. Общий принцип управления строками и столбцами таков же, как и у ИЖВ74-160Х16. Выходные цепи узле управления строками питаются также но пределы напряжения питания несколько шире - от Uпит до -12 В.

Диаграммы сигналов, формируемых узлами управления по строкам и столбцам и прикладываемых к выводам индикатора, изображены на рис. 8.

Значения U1-U6 напряжения питания узлов управления строками и столбцами (формируемые внешним блоком) должны удовлетворять следующим соотношениям: U1≤Uпит; U2=U1-U0; U3=U1-2U0; U4=U1-(a-1)U0; U5=U1-U0; U6≥-12 В, где Uпит=5±0,5 В; a=√n-9 - коэффициент оптимизации; п=80 - степень мультиплексирования (или, иначе, скважность сканирования строк); U0 - начальное напряжение, определяемое индивидуальными характеристиками индикатора и лежащее в пределах 1 ...2 В; типовое значение - 1,3 В.

Равенство разностей U1-U2=U2-U3= U4-U5=U5-U6=U0 должно быть обеспечено с точностью не менее ±1%. Точность задания коэффициента оптимизации должна находиться в пределах ±5%.

Все, что касается выбора значений напряжения питания выходных цепей узлов управления строками и столбцами, в равной мере относится и к индикаторам ИЖВ74-1 60х 16 и ИЖВ76-160х 16.

На рис. 9 показана зависимость собственного яркостного контраста от напряжения U1-U6. На рис. 10 - 12 изображены зависимости тока, потребляемого индикатором, от различных параметров - от напряжения U1-U6, от частоты fcwr и fcosi. соответственно.

Читайте и пишите полезные

Индикаторы и дисплеи - это устройства отображения буквенно-цифровой информации, а так же, различной графической символики. Одним из типов информационных устройств является OLED индикатор, органический светодиодный дисплей. Группа представителей такого класса от компании Winstar

обладают высокой передачей цвета, малым энергопотреблением, высокой контрастностью и большим углом обзора 180°. Область применения цветных дисплеев - МР3 плееры, автомагнитолы, сотовые телефоны, цифровые фотоаппараты. ЖК-дисплеи - дисплеи на основе жидких кристаллов. TFT панели от компании NEC оснащены светодиодной подсветкой, высокой яркостью и контрастностью, минимальным временем отклика, большим углом обзора, просты в применении, обладают качеством и надежностью конструкции. ЖК-индикаторы графические являются устройствами вывода информации на жидкокристаллический дисплей (модуль). Линейка изделий производителей МЭЛТ и Winstar оснащены встроенными контроллерами с низким энергопотреблением, светодиодной подсветкой, малым напряжением питания, 3В…5В, что позволяет применять приборы в различной электронике с автономным питанием. При покупке следует учитывать габариты модуля, тип контроллера, количество строк и точек в строке, и напряжение питания.

Цифровые сегментные индикаторы предназначены для отображения вывода буквенно-цифровой информации в электронных приборах. Модели изделий известных производителей Betlux и Kingbright применяются в широком спектре цифровой электроники. Наиболее популярны и востребованы семисегментные индикаторы, которые, в свою очередь, имеют разные технические параметры, что следует учитывать при подборе компонента. Схема включения на плюсовую шину с общим катодом или анодом, количество разрядов (1.2, 3.4, 5), цвет свечения (желтый, зеленый, красный, синий). Особенность 14-и и 16-и сегментных индикаторов - установка компонентов в аппаратуры для вывода необходимой дополнительной буквенной информации.

ЖК-индикаторы знакосинтезирующие - буквенно-цифровые модули, в составе которых находятся контроллеры и жидкокристаллические дисплеи. Особенности модулей компаний Data Vision и Vinstar является встроенный контроллер с прошивкой двух языков (русский/английский), малое энергопотребление, наличие светодиодной подсветки. Модули фирмы МЭЛТ имеют программно-переключаемые страницы знакогенератора с дополнительным алфавитом (русский, белорусский, украинский, казахский и английский). Изделия управляются по параллельному интерфейсу с записью данных в ОЗУ. Выбор необходимого индикатора производится по его параметрам.

Посмотреть и купить товар вы можете в наших магазинах в городах: Москва, Санкт-Петербург, Волгоград, Воронеж, Екатеринбург, Ижевск, Казань, Калуга, Краснодар, Красноярск, Минск, Набережные Челны, Нижний Новгород, Новосибирск, Омск, Пермь, Ростов-на-Дону, Рязань, Самара, Тверь, Тула, Тюмень, Уфа, Челябинск. Доставка заказа почтой или через салоны «Евросеть» в следующие города: Тольятти, Саратов, Барнаул, Ульяновск, Тюмень, Иркутск, Ярославль, Оренбург, Томск, Кемерово, Хабаровск, Владивосток и др.

Товары из группы «Индикаторы и дисплеи» вы можете купить оптом и в розницу.

1. Изучить схему подключения жидкокристаллического индикатора (ЖКИ) к микроконтроллеру.
2. Изучить особенности работы символьного ЖКИ.
3. Изучить особенность параллельной синхронной передачи данных.
4. Научится выводить на ЖКИ информацию.

2 Предварительная подготовка к работе

1. По конспекту лекций и рекомендуемой литературе изучить принцип работы символьного жидкокристаллического индикатора.
2. По конспекту лекций и рекомендуемой литературе изучить принцип работы параллельных портов ввода-вывода микроконтроллера.
3. Составить алгоритм работы программы, соответственно заданию.
4. Составить программу на языке программирования С.

3 Краткие теоретические сведения

3.1 Устройство и принцип работы символьного жидкокристаллического индикатора

В настоящее время в микропроцессорных системах для отображения широко используют жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) . Условно все ЖКИ можно разделить на две категории: символьные , или знакосинтезирующие, и графические . Графические индикаторы представляют собой матрицу из m строк и n столбцов, на пересечении которых находятся пиксели. Пиксель представляет собой неделимый объект прямоугольной или круглой формы, обладающий определённым цветом; пиксель – наименьшая единица растрового изображения. Если на определенный столбец и строку подать электрический сигнал, то пиксель на их пересечении изменит свой цвет. Подавая группу сигналов на столбцы и строки можно формировать по точкам произвольное графическое изображение. Так работает графический ЖКИ. В символьном же ЖКИ матрица пикселей разбита на подматрицы, каждая подматрица предназначена для формирования одного символа: цифры, буквы или знака препинания. Как правило, для формирования одного символа используют матрицу из восьми строк и пяти столбцов. Символьные индикаторы бывают одно-, двух- и четырехстрочными.

Для упрощения взаимодействия микропроцессорной системы и ЖКИ используют специализированную микросхему – контроллер (драйвер) ЖКИ. Он управляет пикселями жидкокристаллического дисплея и интерфейсной частью индикатора. Обычно такой контроллер входит в состав индикатора. В целом жидкокристаллический индикатор представляет собой печатную плату, на которой смонтирован сам дисплей, контроллер и необходимые дополнительные электронные компоненты. Внешний вид ЖКИ показан на рисунке ниже.

Рисунок 1 – Внешний вид жидкокристаллического индикатора

4 Задание к работе в лаборатории

4.1 Вывод символа на ЖКИ

1. Разработайте алгоритм программы, выводящей на экран ЖКИ ваше имя в заданной строке. Режим работы ЖКИ и номер строки определяется согласно варианту задания (таблица 2).
2. По принципиальной схеме учебного стенда LESO1 определите, к каким выводам микроконтроллера ADuC842 подключен ЖКИ. По таблице SFR определите адреса используемых портов ввода-вывода.
3. Разработайте и введите текст программы в соответствии с созданным алгоритмом.
4. Оттранслируйте программу, и исправьте синтаксические ошибки.
5. Убедитесь, что на экране дисплея в заданной позиции появился требуемый символ.

4.2 Управление ЖКИ через последовательный порт персонального компьютера (дополнительно)

1. Измените программу таким образом, что бы на экране ЖКИ выводилась информация, переданная с персонального компьютера через UART. Передача команды осуществляется через терминал nwFlash. Выбор источника синхронизации и скорости передачи данных осуществляется по усмотрению студента.
2. Загрузите полученный *.hex файл в лабораторный стенд LESO1.
3. Через терминал nwFlash передайте коды символов, убедитесь, что соответствующие символы выводятся на экране индикатора.

Таблица 2 – Варианты заданий

номер варианта	номер строки	режим курсора
1	первая	выключен
2	вторая	включен, мерцает
3	первая	включен, не мерцает
4	вторая	выключен
5	первая	включен, мерцает
6	вторая	включен, не мерцает
7	первая	выключен
8	вторая	включен, мерцает
9	первая	включен, не мерцает
10	вторая	выключен
11	первая	включен, мерцает
12	вторая	включен, не мерцает
13	первая	выключен
14	вторая	включен, мерцает
15	первая	включен, не мерцает

5 Указания к составлению отчета

Отчет должен содержать:

1. Цель работы.
2. Принципиальную схему подключения ЖКИ к управляющему микроконтроллер.
3. Структурную схему ЖКИ.
4. Диаграммы передачи данных по параллельному интерфейсу.
5. Расчет параметров таймера.
6. Графическую схему алгоритма работы программы.
7. Исходный текст программы.
8. Содержимое файла листинга программного проекта.
9. Выводы по выполненной лабораторной работе.

Схемы, а также отчет в целом, выполняются согласно нормам ЕСКД.